碳纤维产业研究 | 水木资本原创

国产碳纤维产品的市场认可度逐步提升，但是目前国内中高端碳纤维产品仍主要依赖进口。

碳纤维是含碳量在90%以上的高强度高模量纤维，耐高温居所有化纤之首，主要以聚丙烯腈作为原料，经高温氧化碳化而成。碳纤维具有强度高、比模量高（强度为钢铁的10倍，质量仅有铝材的一半）、质量轻、耐腐蚀、耐疲劳、热膨胀系数小、耐高低温等优越性能，可广泛应用于军工、航天、交通、新能源、汽车轻量化以及体育用品等领域。然而碳纤维成本也相对较高，对于对材料性能要求不高的行业，传统材料依然为主。

技术背景

碳纤维的制备步骤，首先从石油、煤炭和天然气等化石燃料中制备丙烯，之后经过氨氧化得到丙烯腈，聚合和纺丝得到聚丙烯腈（PAN）原丝，最后在预氧化、低温和高温碳化后得到碳纤维。碳纤维可以与树脂、陶瓷等材料结合，形成碳纤维复合材料，还可以制成碳纤维织物和碳纤维预浸料。下图为产业链国内外企业名单。

原丝制备是碳纤维制备的核心，碳纤维可以从单丝数量分为小丝束和大丝束，从原丝材料不同，分为聚丙烯腈、沥青基和粘胶基纤维。

原丝制作流程，主要包括聚合、纺丝、蒸汽牵伸、上油、卷绕等工序，其中聚合和纺丝是其中的重要工序。高质量原丝制作是制备高性能碳纤维的重要前提，其中诸多工艺如聚合、纺丝、碳化、氧化都是需要经验打磨的，产业化工艺和反应装置的核心技术，存在很大的技术壁垒。干喷湿纺也是当前国际碳纤维巨头的主要纺丝方法，日本东丽的主流型号T700、T800、T1000碳纤维都是采用干喷湿纺制备而成。国内大多企业仍采用湿法纺丝，干喷湿纺技术还不成熟。

碳纤维的复合材料是碳纤维的主要应用方式。复合材料，通过将两种或两种以上材料复合而实现一些特殊功能和结构，材料成分可以通俗化理解为基体材料+增强材料，其中基体材料多为树脂，陶瓷，金属，橡胶等材料，增强材料常为玻璃纤维或碳纤维。

碳纤维主要以树脂基复合材料（CFRP）为主，占全部碳纤维复合材料市场份额的90%以上。碳纤维的复合与应用存在多种路径，“纤维-（复合）-预浸料-（成型）-制品”与“纤维-（成型）-预制体-（复合）-制品”是目前比较主流的两种工艺流程，前者作为结构材料多用于飞机结构、体育用品领域，基体材料以树脂为主；后者作为功能性结构材料多用于刹车副、热场材料、火箭发动机等领域，基体材料以碳为主。

市场现状及发展趋势

全球碳纤维的应用而言，碳纤维材料主要应用于风电叶片、航空航天领域、体育休闲和汽车工业四个领域，应用占比分别为28.6%、15.4%、14.4%、11.7%。根据《2019全球碳纤维复合材料市场报告》公布的数据显示，全球碳纤维需求量在2018年达9.26万吨，2019年达10.37万吨，同比增长10.03%，2020年达11万吨以上。全球碳纤维需求量稳步增长。

由《2019全球碳纤维复合材料市场报告》可知，2019年全球风电叶片碳纤维需求量为2.55万吨，同比增长16%，占总需求量的26%。随着未来风电新能源的技术成熟和进一步推广，其碳纤维材料的需求占比会进一步提高。

作为碳纤维复合材料的主要应用场景，航空航天领域。根据《2019全球碳纤维复合材料市场报告》公布的数据显示，2019年全球碳纤维的销售金额为28.7亿美元，比2018年25.71亿美元增长了11.6%，其中航空航天领域销售额达14.10亿美元，占全球碳纤维市场产值的比重达49.1%，对全球碳纤维市场的贡献最大。其中商用飞机中，碳纤维复合材料的用量更多。

国产碳纤维发展趋势分析

国内碳纤维近年来取得较快发展，目前国内碳纤维产业主要聚集于江苏、山东、吉林等地，具有较高的市场集中度。碳纤维及织物主要公司有：光威、中简、中复神鹰。碳纤维预浸料主要公司有：中航高科、江苏恒神、楚江新材天鸟。碳纤维结构件：主机厂复材车间、中航复材中心、航天 703 所。但国内存在“有产能，无产量”的尴尬情况，经测算，2019年国内碳纤维的产能利用率仅40%以下，而国外产能利用率可达65%左右。

中国市场碳纤维需求持续增长，近年来年增长率维持在10%。2020年全国碳纤维总需求量约3.89万吨。